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宁夏产区荷斯坦牛乳体细胞数及乳成分影响因素

2019-06-14张海平王海燕梁秀珍葛武鹏

乳业科学与技术 2019年2期
关键词:乳脂奶牛场牛乳

张海平,王海燕,高 鹏,张 静,梁秀珍,葛武鹏,*

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西 杨凌 712100;2.陕西飞天乳业有限公司,陕西 宝鸡 721100)

奶牛乳房炎是导致乳业经济严重损失的一种生物性危害因子,其具有较低遗传力(0.01~0.10),且临床型乳房炎治愈困难[1-2]。早期监测诊断、积极治疗可大幅提高乳产量,降低经济损失,但隐性乳房炎发病率高,缺乏明显临床特征,易发展成为临床乳房炎[3]。奶牛生产性能测定(dairy herd improvement,DHI)中的牛乳体细胞数(somatic cell count,SCC)可较为准确地反映牛乳质量及奶牛个体的健康状况[4-5]。SCC检测评价已被广泛作为预测乳房炎的可靠指标[6]。研究表明,SCC受到奶牛场、产奶季节、品种及胎次等因素的影响[7-10]。同时,SCC与产奶量和乳成分(乳脂、乳蛋白、乳糖等)具有相关性[11-12]。产奶量、乳中主要成分也受到奶牛场、季节、胎次和泌乳天数等因素的影响。由于少有基于大数据分析评价牛乳SCC及乳中主要成分影响的研究,本研究利用宁夏地区2009年2月—2018年12月7 个规模化牛场的DHI数据,对SCC及产奶量、乳中主要成分等影响因素进行探析,为加强牛场管理、提高产奶量及牛乳品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

DHI数据均来自宁夏地区,覆盖7 个牛场的19 020 头中国荷斯坦牛,时间为2009年2月—2018年12月,共计198 855 次DHI测定记录。数据内容包括个体号、胎次、产犊日期、测定日期、产奶量(kg/d)、乳脂含量(%)、乳蛋白含量(%)、乳糖含量(%)、乳中干物质含量(%)和体细胞数(104/mL)。

1.2 效应划分

奶牛场根据DHI记录数量由高到低编号为1~7;数据来源年份划分为10 个水平(2009—2018年连续10 年的监测结果);根据气候特征将季节划分为4 个时间段(3—5月、6—8月、9—11月、12—2月);胎次按照1、2、3、4 胎、大于4 胎次划分为5 个水平;泌乳期划分为泌乳天数小于60 d、60~100 d、100~200 d、200~300 d、300~400 d、大于400 d共6 个时段;SCC分为小于10×104/mL、10×104~20×104/mL、20×104~30×104/mL、30×104~50×104/mL、大于50×104/mL共5 个等级。

1.3 数据处理

利用Excel软件对DHI数据进行汇总及归类整理。采用Minitab 18.0软件计算奶牛场、测定年份、测定季节、胎次、产犊月份、泌乳期与SCC、产奶量及乳中主要成分间的皮尔逊(Pearson)相关系数,分析各因素与SCC、产奶量及乳中主要成分间可能存在的关联。结果以平均值±标准差表示,以P<0.05为显著水平,以P<0.01为极显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同因素对宁夏地区荷斯坦牛乳SCC的影响

表1 SCC、产奶量及乳成分基本统计量Table 1 Basic statistics of SCC, milk yield and milk composition

由表1可知:标准差和变异系数体现了SCC的离散和变异程度;偏度为8.9,表明SCC数据分布的偏斜程度较大并为正偏离,峰度度量了SCC数据分布的尾部厚度,二者反映了SCC数据的分布形状。

表2 SCC与不同影响因素的相关系数Table 2 Correlation coefficient between SCC and different factors

图1 不同奶牛场中牛乳的SCC变化Fig. 1 Changes in SCC of milk from different farms

图2 不同测定年份牛乳的SCC变化Fig. 2 Annual changes in SCC of different milk samples

由表2及图1~6可知,通过相关性分析得出,SCC与奶牛场呈极显著负相关(r=-0.855,P<0.01),其中6、7号奶牛场SCC水平较低可能是由于包含较少早年DHI数据,同时牛场管理水平差异对SCC也有一定影响(图1)。SCC与测定年份呈显著负相关(r=-0.811,P<0.05),自2010年以来,SCC随着年份增加而降低(图2),说明近年来随着奶牛场管理水平提高,SCC水平逐年下降。测定季节为夏季时,牛乳中SCC低于其他季节(图3),与祝宇等[13]研究发现的夏季SCC水平较高相反,这可能是由于宁夏地区夏季气温适宜且较为干燥,不同于昆明地区夏季潮湿多雨,微生物极易繁殖。SCC与胎次呈显著正相关(r=0.904,P<0.05),随着胎次的增加,SCC呈上升趋势(图4),与黄春华等[14]的研究结果一致。随着胎次的增加,奶牛乳房长期受到挤奶挤压,乳房损伤较多,且经产奶牛对各种疾病的抵抗力下降,患病率随之升高,导致乳中SCC增加[15-16]。SCC与产犊月份呈显著负相关(r=-0.639,P<0.05),产犊月份为12月时,牛乳中SCC最低,产犊月份为1月时最高(图5)。SCC在泌乳中期水平较低(图6),自第2个泌乳时段后,牛乳中SCC随泌乳时间的增加而增加,在泌乳末期达到较高水平,在泌乳前中期(泌乳时间200 d以内)SCC较低,说明牛场干奶期乳房炎治疗效果较好,之后SCC随着泌乳时间的增加而增加,其中奶厅环境、挤奶操作、挤奶程序等是造成SCC升高的主要因素,当泌乳时间超过400 d时,SCC最高,与王相根[17]、孙宇[18]、刘丹丹[19]等的研究结果相符。

图3 不同测定季节牛乳的SCC变化Fig. 3 Seasonal changes in SCC of different milk samples

图4 不同胎次牛乳的SCC变化Fig. 4 Changes in SCC of milk with parity

图5 不同产犊月份牛乳的SCC变化Fig. 5 Changes in SCC of milk with calving month

图6 不同泌乳阶段牛乳的SCC变化Fig. 6 Changes in SCC of milk with lactation length

2.2 不同因素对宁夏地区荷斯坦牛产奶量及乳中主要成分的影响

2.2.1 SCC对产奶量及乳成分的影响

表3 SCC与产奶量及乳中主要成分的相关系数Table 3 Correlation coefficient between SCC and milk yield and main milk components

图7 不同SCC下产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 7 Changes in milk yield and main milk components as a function of SCC

由表3及图7可知,SCC与产奶量呈极显著负相关(r=-0.983,P<0.01),产奶量随SCC升高而降低,与Litwinczuk等[20]研究结果一致,SCC作为诊断奶牛患有乳房炎的依据,患病的可能性及程度随着SCC升高而增加,当奶牛患有乳房炎时,乳腺组织受到一定损伤,分泌机能失调,导致奶牛产奶量下降[21-23]。SCC与乳糖含量呈极显著负相关(r=-0.988,P<0.01),与乳脂含量(r=0.898)、乳蛋白含量(r=0.942)和乳中干物质含量(r=0.967)均呈显著正相关(P<0.05)。乳糖含量随SCC升高而降低,这可能是由于乳腺上皮细胞载体被破坏,造成牛乳乳糖流失[13]。乳脂含量、乳中干物质含量随SCC升高而增加可能是由于泌乳量减少,浓缩效应弥补乳脂合成和分泌的降低[24],使得乳脂含量、乳中干物质含量升高。乳蛋白含量随SCC升高而增加,可能是由于乳腺受外界细菌感染时,机体的免疫系统启动,乳中免疫球蛋白的含量急剧上升[25]。

2.2.2 环境因素对产奶量及乳成分的影响

项目 产奶量/(kg/d)乳脂含量/%乳蛋白含量/%乳糖含量/%乳中干物质含量/%奶牛场 r 0.831 -0.044 -0.096 -0.635 0.326 P 0.020* 0.925 0.838 0.126 0.475测定年份r 0.935 -0.763 -0.449 0.837 -0.765 P 0.000** 0.010* 0.193 0.003** 0.010*测定季节r -0.996 0.865 0.833 -0.560 0.470 P 0.004** 0.167 0.167 0.440 0.530

表5 不同奶牛场产奶量及乳中主要成分的基本统计量Table 5 Basic statistics of milk yield and main milk components in different farms

由表4可知,奶牛场仅与产奶量具有显著相关性(r=0.831,P<0.05)。由表5可知,7号奶牛场产奶量最高,7 个奶牛场的地理位置较接近,气候条件差异不大,而各牛场间产奶量及乳成分存在差异,这可能是由牛只遗传素质、胎次组成和饲养管理水平不同造成的,因此,提高牛群的遗传素质、科学繁殖水平及生产管理水平十分重要[26]。

由表4及图8可知,测定年份与产奶量呈极显著正相关(r=0.935,P<0.01),产奶量随测定年份增加而升高,说明近年来牛场的生产管理水平不断提高。测定年份与乳脂含量呈显著负相关(r=-0.763,P<0.05),乳脂含量随年份增加呈下降趋势。测定年份与乳蛋白含量无显著相关性,但乳蛋白含量随年份增加而下降。测定年份与乳糖含量呈极显著正相关(r=0.837,P<0.01),乳糖含量随年份增加而上升。测定年份与乳中干物质含量呈显著负相关(r=-0.765,P<0.05),乳中干物质含量大体上呈先上升后下降的趋势,与王爱芳等[27]的研究结果一致。由表4及图9可知,测定季节与产奶量具有极显著负相关性(r=-0.996,P<0.01),春季产奶量最高,冬季产奶量最低。不同季节乳糖含量基本不变,乳脂含量、乳蛋白含量、乳中干物质含量均在夏季最低,这可能是由于夏季奶牛易产生热应激反应,采食量及各项生理指标下降[28],奶牛饮水量升高,乳脂含量、乳蛋白含量、乳中干物质含量相应降低。

图8 不同测定年份产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 8 Annual changes in milk yield and main milk components

图9 不同测定季节产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 9 Seasonal changes in milk yield and main milk components

2.2.3 奶牛自身因素对产奶量及乳中主要成分的影响

表6 产奶量及乳中主要成分与牛自身不同影响因素的相关系数Table 6 Correlation coefficient between milk yield and main milk components and cow's own factors

由表6及图10可知,胎次与产奶量的关系呈一定规律性,奶牛头胎产奶量较低,随着胎次的增加,产奶量增加,3 胎时产奶量最高,之后随胎次增加产奶量下降,与魏鹏飞等[29]研究结果相一致。奶牛的泌乳量随奶牛的生长发育而增加,第1胎时由于奶牛处于生长发育阶段,因此产奶量较低,之后随着年龄和胎次的增长,奶牛泌乳系统发育健全,产奶量逐渐增加,但到第3胎达到高峰后,随着奶牛胎次和挤奶次数的增加,奶牛免疫力下降,患病几率逐渐增加,产奶量又开始下降[30-31]。乳脂含量随胎次升高而降低,5 胎及以上牛乳脂含量最高;胎次与乳蛋白含量呈极显著正相关(r=0.966,P<0.01),5 胎及以上牛乳蛋白含量最高,但乳脂含量及乳蛋白含量均变化较小,且均在高胎次时达到较高值,与魏鹏飞等[29]的研究结果一致,但与魏琳琳等[31]的研究结果不相符,这可能是由于产奶量对乳脂含量和乳蛋白含量影响较大。乳糖含量随胎次的增加先升后降,4 胎牛牛乳中乳糖含量最高,这可能是由于随胎次增加,奶牛泌乳系统发育健全,乳糖分泌量升高,到第4胎达到最高值后,乳房易受到损伤,导致乳糖分泌量降低。乳中干物质含量随胎次的增加先下降后上升,4 胎牛牛乳中干物质含量最低,第5胎及以上牛乳中干物质含量升高可能是由于浓缩效应。

图10 不同胎次产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 10 Changes in milk yield and main milk components in different parities

图11 不同测定季节产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 11 Seasonal changes in milk yield and main milk components

由表6及图11可知,夏季产犊的奶牛产奶量最低,这是由于热应激及高温导致机体抗病能力减弱,易引发乳房炎,使产奶量大幅降低,3月产犊的奶牛产奶量最高。乳脂含量、乳蛋白含量、乳糖含量及乳中干物质含量与产犊月份无显著相关性,但随产犊月份变化而波动。产犊月份对产奶量及乳成分的影响受到地域、气候条件、奶牛饲喂方式等条件的限制[32-33]。

图12 不同泌乳时间产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 12 Changes in milk yield and main milk components with lactation length

由表6及图12可知,泌乳期与产奶量呈极显著负相关(r=-0.932,P<0.01),随着泌乳时间增加,奶牛产奶量表现为先增加后降少的趋势,在60~100 d达到产奶高峰,高峰过后产奶量下降,与刘丹丹等[19]的研究结果相符。泌乳期与乳脂含量呈显著正相关(r=0.815,P<0.05),与乳中干物质含量呈显著正相关(r=0.876,P<0.05),泌乳早期(泌乳时间小于60 d)乳脂含量较高,60~100 d时乳脂含量降到最低,100 d以后乳脂含量持续增加,这可能是由于奶牛产犊前2 个月的干奶期内奶牛停止泌乳,围产期后期进行适当补饲,乳腺细胞得以修复,导致产后泌乳早期乳脂含量处于较高水平[34],之后随着泌乳早期产奶量快速增加,机体处于能量负平衡状态,同时从干奶期到泌乳早期日粮结构变化较大,瘤胃不能适应日粮结构,进而容易造成代谢紊乱和消化问题,乳脂含量和乳中干物质含量快速下降,而泌乳中期瘤胃功能逐渐适应,采食量增加,乳脂含量和乳中干物质含量恢复增长[19]。泌乳期与乳蛋白含量呈显著正相关(r=0.970,P<0.01),整个泌乳周期内乳蛋白含量持续增加,泌乳早期乳蛋白含量增长较缓慢,这可能与泌乳早期机体处于能量负平衡状态有关[19],泌乳中期及晚期乳蛋白含量增长较快,但增幅仍低于乳脂含量,与王若勇[35]、Lainé[36]、Olori[37]等的研究结果相符。在整个泌乳周期内,乳糖含量变化不明显。

3 结 论

奶牛场、测定年份、产犊月份与宁夏地区2009—2018年中国荷斯坦牛SCC具有显著负相关性(P<0.05),胎次与SCC具有显著正相关性(P<0.05),SCC随测定季节变化而波动,SCC随泌乳期变化的趋势为先降低后升高;产奶量、乳糖含量与SCC具有极显著负相关性(P<0.01),乳脂含量、乳蛋白含量、乳中干物质含量与SCC具有显著正相关性(P<0.05),产奶量和乳中主要营养成分均会受到环境因素(奶牛场、测定年份、测定季节)及奶牛自身因素(胎次、产犊季节、泌乳阶段)的影响。

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